با فرض اينکه تغييرات ترافيك ورودي شبكه بيش از حد مجاز باشد، تغييرات تصادفي و آمارگان متغير ارتباط ها باعث سرريز شدن قابليت حمل ترافيك شبكه مي شوند. اگر شبكه هيچ كنترلي بر روي ورودي ها نداشته باشد بافرهاي شبكه پر مي شوند و اين امر باعث حذف برخي از بسته هاي پيغام و در نهايت، استفاده
ناكارآمد از خطوط مخابراتي مي شود و گذردهي1 شبكه افت مي كند و حتي اگر ورودي ها به حالت طبيعي خود باز گردند شبكه هنوز دچار ازدحام خواهد بود.
از مطالب بالا بر مي آيد كه براي يك شبكه با بافرها و ظرفيت هاي مخابراتي محدود، نياز به وجود روشها و الگوريتم هائي براي كنترل ورودي ها خواهيم داشت.
كنترل نرخ عبارتست از بحث تعيين نرخ برای هرکدام از وروديها برای داشتن QoS معين برای هر ترافيک در شبکه در حاليکه كنترل ازدحام عبارتست از تعيين و کنترل نرخ برای رفع ازدحام ايجاد شده يا ازدحام در حال ايجاد (در اثر تغييرات پيش بينی نشده يا تصادفی بودن ترافيک).
3-2 مفهوم كنترل نرخ و اهداف آن
بطور كلي، هرگاه در اثر محدود بودن ظرفيت خطوط مخابراتي بين دو نقطه در شبكه نيازمند به اعمال محدوديت هائي بر روي نرخ كاربرهاي شبكه باشيم، مسئله كنترل نرخ بروز مي كند.
اگر بردار نرخ کاربرهای سطح شبکه را با X=(x1, x2, …, xR) نمايش دهيم، هدف الگوريتمهای تخصيص نرخ، تخصيص بهينه المانهای بردار X براساس محدوديت ظرفيت لينکهای شبکه می باشد.
از اهداف عمده كنترل نرخ می توان به استفاده بهينه از پهنای باند و برقراري عدالت بين كاربرهاي شبكه اشاره کرد. معيار هاي متنوعي براي برقراري اين عدالت در سالهاي اخير مورد بررسي قرار گرفته اند كه در بخشهاي بعدي به تفصيل آنها را مورد بحث قرار خواهيم داد.
بطور كلي كنترل نرخ در شبكه هاي داده به دو فرم صورت مي گيرد. روشهای بر اساس پنجره1 و روشهای براساس نرخ2. در ادامه به بررسی اين روشها خواهيم پرداخت.
3-2-1 روشهاي بر اساس پنجره [16]
هرگاه بتوان يك كران بالا بر روي بسته هائي كه از يك فرستنده (A) به سمت يك گيرنده (B) ارسال شده اند و هنوز دريافت نشده اند (مطابق شكل (3-1))، قرار داد آنگاه عمل كنترل نرخ بر اساس پنجره صورت گرفته است. به اين كران بالا ” اندازه پنجره “ يا بطور ساده تر ” پنجره “ اطلاق مي شود. گيرنده (B) با ارسال بسته هائي كه (ACK) نام دارند، فرستنده را از دريافت صحيح بسته ها مطلع مي كند.
با دريافت اين پيغام،A اجازه دارد بسته يا بسته هاي ديگري را بسمت B ارسال كند. پيغام هاي ACK يا در بسته هاي كنترلي خاص قرار مي گيرند يا بر روي بسته هاي معمولي داده سوار مي شوند3.
ايده كلي استراتژي پنجره اين است كه با كاهش آهنگ دريافت ACK از گيرنده، نرخ ارسال اطلاعات فرستنده كاهش مي يابد. بنابراين در صورت وقوع ازدحام در طول مسير از فرستنده به گيرنده، تأخير زياد ايجاد شده در دريافت بسته هاي ACK سبب كاهش نرخ ارسالي فرستنده مي شود. حتی گيرنده مي تواند عمداً (مثلاً براي جلوگيري از سرريز بافرها) در ارسال بسته هاي ACK تأخير ايجاد كند و فرستنده را وادار به كاهش نرخ كند.
روش كنترل نرخ بر اساس پنجره را مي توان به فرم هاي مختلف انجام داد مثلاً مي توان الگوريتمي را پياده كرد كه بصورت انتها-به-انتها به اعمال كنترل بپردازد. همچنين مي توان مانند الگوريتم
Backpressure بصورت گره-به-گره الگوريتم را اعمال نمود[16] كه در اين حالت چنانكه در شكل (3-2) مشاهده مي كنيد هر دو گره مجاور كه در مسير انتقال داده از فرستنده به گيرنده قرار دارند بعنوان فرستنده و گيرنده مجازي عمل مي كنند و الگوريتم را بين خود اعمال مي كنند.
يك مثال آشناي كنترل نرخ بوسيله پنجره و انتها-به-انتها، الگوريتم TCP اعمال شده در اينترنت
مي باشد.
شكل3-1: كنترل نرخ بر اساس پنجره[16]
شكل3-2: كنترل نرخ بصورت گره-به-گره[16]
3-2-2 روشهاي بر اساس نرخ [16]
در اينگونه روشها به جاي اينكه در سطح ماكروسكوپي با ترافيك شبكه برخورد شود و تعامل بين
بسته هاي موجود در شبكه با صف هاي موجود در سطح شبكه در نظر گرفته شود، فرض مي شود كه جريان بسته هاي موجود در شبكه بصورت جريان سيّال1 مي باشد و نرخ متوسط متناظر با كاربرهاي مختلف با كميتي پيوسته نمايش مي يابد و براي لينك هاي شبكه پارامتري به نام ظرفيت مشخص مي شود كه عددي حقيقي و نامنفي است. اين روشها از نظر سهولت امکان آناليز لينکهای متعدد گلوگاه، نسبت به روشهاي براساس پنجره برتري دارند و ما در ادامه بحث از اين ديدگاه استفاده خواهيم نمود. از جمله معايب اين روش عدم بررسی رفتار بسته های شبکه و آناليز تغييرات آمارگان آنها می باشد.